電力工業的建立至今已有一個多世紀的歷史。今天，電與人們的生產、生活、科學技術研究和社會文明建設息息相關，對現代社會的各個方面已產生直接或間接的巨大作用和影響，已成為現代文明社會的重要物質基礎。
一、電的產生
1．公元前的琥珀和磁石
希臘七賢中有一位名叫泰勒斯的哲學家。公元前 600 年前後，泰勒斯看到當明的希臘人通過摩擦琥珀吸引羽毛， 用磁錢礦石吸引鐵片的現象， 曾對其原因進行過一番思考。 據說他的解釋是：“萬物皆有靈。磁吸鐵，故磁有靈。”這裡所說的“磁”就是磁鐵礦石。
磁鐵礦石
希臘人把琥珀叫做“ elektron ”（與英文“電”同音）。他們從波羅的海沿岸進口琥珀，用來製作手鐲和首飾。 當時的寶石商們也知道摩擦琥珀能吸引羽毛， 不過他們認為那是神靈或者魔力的作用。在東方，中國人民早在公元前 2500 年前後就已經具有天然的磁石知識。
琥珀
據《呂氏春秋》一書記載，中國在公元前 1000 年前後就已經有了指南針，他們在古代就已經用磁針來辨別方向了。
2．磁，靜電
通常所說的摩擦起電，在公元前人們只知道它是一種現象。很長時間裡，關於這一種現象的認識並沒有進展。而羅盤則在 13 世經就已經在航海中得到了應用。那時的羅盤是把加工成針形的磁鐵礦石放在秸稈裡，使之能浮在水面上。到了 14 世紀初，又製成了用繩子把磁針吊起來的航海羅盤。 這種羅盤在 1492 年哥倫布發現美洲新大陸以及 1519 年麥哲倫發現環繞地球一週的航線時發揮了重要的作用 。
（1）磁，靜電與吉爾伯特
英國人吉爾伯特是伊麗莎白女王的御醫，他在當醫生的同時，也對磁進行了研究。他
總結了多年來關於磁的實驗結果，於 1600 年出了一本取名為《論磁學》的書。書中指出地
球本身就是一塊大磁石，並且闡述了羅盤的磁傾角問題。
吉爾伯特還研究了摩擦琥珀吸引羽毛的現象，指出這種現象不僅存在於琥珀上，而且存
在於硫磺，毛皮，陶瓷，火漆，紙，絲綢，金屬，橡膠等是摩擦起電物質系列。把這個系列
中的兩種物質相互摩擦，系列中排在前面的物質將帶正電，排在後面的物質將帶負電。
那時候， 主要的研究方法就是思考， 而他主張真正的研究應該以實驗為基礎， 他提出這
種主張並付諸實踐，在這點上，可以說吉爾伯特是近代科學研究方法的開創者。
摩擦起電
（2）雷和靜電
在公元前的中國，打雷被認為是神的行為。說是有五位司雷電的神仙，其長者稱為雷祖，雷祖之下是雷公和電母。 打雷就是雷公在天上敲大鼓， 閃電就是電母用兩面鏡子把光射向下界。到了亞里斯多德時代就已經比較科學了。 認為雷的發生是由於大地上的水蒸氣上升，形成雷雨雲， 雷雨雲遇到冷空氣凝縮而變成雷雨， 同時伴隨出現強光。 認為雷是靜電而產生的是英國人沃爾，那是 1708 年的事。
1748 年，富蘭克林基於同樣的認識設計了避雷針。能不能用什麼辦法把這種靜電收集起來？這個問題很多科學家都考慮過。
1746 年，萊頓大學教授繆森布魯克發明了一種存貯靜電的瓶子，這就是後來很有名的“萊頓瓶”。繆森布魯克本來想像往瓶子裡裝水那樣把電裝進瓶子裡， 他首先在瓶子裡灌上水， 然後用一根金屬絲把摩擦玻璃棒扔到水裡。 就在他的手接觸到瓶子和棒的一瞬間， 他被重重地 “電擊”了一下。據說他曾這樣說過： “就算是國王命令，我也不想再做這種可怕的實驗了 ”。
萊頓瓶
富蘭克林聯想到往萊頓瓶裡蓄電的事，於 1752 年 6 月做了一個把風箏放到雷雨雲裡去的實驗。其結果，發現了雷雨雲有時帶正電有時帶負電的現象。這個風箏實驗很有名， 許多科學家都很感興趣，也跟著做。
富蘭克林放風箏
1753 年 7 月，俄羅斯科學家利赫曼在實驗中不幸遭電擊身亡。通過用各種金屬進行實驗， 意大利帕維亞大學教授伏打證明了鋅， 鉛，錫，鐵，銅銀，金，石墨是個金屬電壓系列， 當這個系列中的兩種金屬相互接觸時， 系列中排在前面的金屬帶正電， 排在後面的金屬帶負電。 他把銅和鋅做為兩個電極置於稀硫酸中， 從而發明了伏打電池。電壓的單位 “伏特 ”就是以他的名字命名的。
19 世紀初，正是法國大革命後進入拿破崙時代。拿破崙從意大利歸來，在 1801 年把伏打召
到巴黎，讓他做電實驗，伏打也因此獲得了拿破崙授予的金質獎章和萊吉諾 -多諾爾勳章
（3）伏打電池的利用與電磁學的發展
伏打電池發明之後，各國利用這種電池進行了各種各樣的實驗和研究。德國進行了電解
水的研究，英國化學家戴維把 2000 個伏打電池連在一起，進行了電弧放電實驗。戴維的實
驗是在正負電極上安裝木炭， 通過調整電極間距離使之產生放電而發出強光， 這就是電用於
照明的開始。
1820 年，丹麥哥本哈根大學教授奧斯特在一篇論文中公佈了他的一個發現：在與伏打
電池連接了的導線旁邊放一個磁針，磁針馬上就發生偏轉。俄羅斯的西林格讀了這篇論文，
他把線圈和磁針組合在一起，發明了電報機（ 1831 年），這可說是電報的開始。其後，法
國的安培發現了關於電流周圍產生的磁場方向問題的安培定律（ 1820 年），法拉第發現了
劃時代的電磁感應現象（ 1831 年），電磁學得到了飛速發展。
二、電力設備的產生
可以說， 1820 年奧斯特所發現的電磁作用就是電動機的起源。 而 1831 年法拉第所發現
的電磁感應就是發電機的變壓器的起源。
（1）發電機
1832 年，法國人畢克西發明了手搖式直流發電機，其原理是通過轉動永磁體使磁通發
生變化而在線圈中產生感應電動勢，並把這種電動勢以直流電壓形式輸出。
1866 年，德國的西門子發明了自勵式直流發電機。
1869 年，比利時的格拉姆製成了環形電樞，發明了環形電樞發電機。這種發電機是用水力來轉動發電機轉子的，經過反覆改進，於 1847 年得到了 32KW的輸出功率。
1882 年，美國的戈登製造出了輸出功率 447KW，高 3 米，重 22 噸的兩相式巨型發電機。
美國的特斯拉在愛迪生公司的時候就決心開發交流電機， 但由於愛迪生堅持只搞直流方
式，因此他就把兩相交流發電機和電動機的專利權賣給了西屋公司。
1896 年，特斯拉的兩相交流發電機在尼亞拉發電廠開始勞動營運， 3750KW，5000V 的交
流電一直送到 40 公里外的布法羅市。
1889 年，西屋公司在俄勒岡州建設了發電廠， 1892 年成功地將 15000 伏電壓送到了皮
茨菲爾德。
（2）電動機
1834 年，俄羅斯的雅可比試製出了由電磁鐵構成的直流電動機。 1838 年，這種電動機
開動了一艘船， 電動機電源用了 320 個電池。 此外， 美國的文波特和英國的戴比德遜也造出了直流電動機（ 1836 年），用作印刷機的動力設備。由於這些電動機都以電池作為電源，
所以未能廣泛普及。
1887 年，前面所講過的特斯拉兩相電動機作為實用化感應電動機的發展計劃開始啟動。
1897 年，西屋公司製成了感應電動機，設立專業公司致力於電動機的普及。
（3）變壓器
發電端在向外輸送交流電的時候，要先把交流電壓升高，到了用電端，又得把送來的交
流電壓降低。因此，變壓器是必不可少的。
1831 年，法拉第發現磁可以感應生成電，這就是變壓器誕生的基礎。
1882 年，英國的吉布斯獲得了“照明與動力用配電方式”專利，其內容就是將變壓器
用於配電，當時所用的變壓器是磁路開放式變壓器。
西屋引進了吉布斯的變壓器，經過研究，於 1885 年開發出了實用的變壓器。此外，在
此前一年的 1884 年，英國的霍普金森製成了閉合磁路式變壓器。
三、電力工業興起
電力工業就是將一次能源如煤炭、石油、天然氣、核燃料、水能、風能、太陽能等經
發電設施轉換成電能，再通過輸電、變電與配電系統供給用戶作能源的工業部門。
1850 年，馬克思在看到一臺電力機車模型後，就曾預言：“蒸汽大王在前一個世紀中翻轉了整個世界， 現在它的統治已到末日， 另外一個更大得無比的革命力量──電力將取而代之。” 100 多年來的歷史充分證實了馬克思預言的正確。
1875 年，巴黎北火車站建成世界上第一座火電廠 , 安裝經過改裝的格拉姆直流發電機 ,
為附近照明供電 。
1879 年，美國舊金山實驗電廠開始發電，這是世界上最早出售電力的電廠。
1882 年，美國建成紐約珍珠街電廠 , 裝有 6 臺直流發電機 , 總容量 900 馬力（約 670 千
瓦），以 110 伏直流電供電燈照明。這是世界上第一座較正規的電廠。
在此前後， 世界各國陸續建成幾座容量為千千瓦級的電廠。
1881 年在英國的戈德爾明建成世界上第一座水電站。
曾世界上第一座水電站
1882 年，美國在威斯康星州的福克斯河上建成第二座水電站， 水頭 3 米, 裝機容量 10.5千瓦。
進入 90 年代，水電站的規模發展到萬千瓦級以至十萬千瓦級。如美國尼亞加拉水電站（1895），設計容量 14.7 萬千瓦，這是商業性水電站的發端。
20 世紀巴西和巴拉圭合建的伊泰普水電站 (如下圖），中國的三峽電站沒有建的時候這
裡是世界上最大的水電站 , 裝機 1260 萬千瓦 , 年發電量 710 千瓦時 。
伊泰普水電站
20 世紀初，為適應電力工業發展的需要，電工製造業生產出萬千瓦級的機組 ,如瑞士勃
朗－鮑威力有限公司生產的 1.5 萬千瓦機組 (1902),美國西屋電氣公司的 1 萬千瓦機組
到 1912 年，汽輪發電機組的容量達到 2.5 萬千瓦。進入 20 年代，美國已製成 10 萬千
瓦的機組。電力工業已從萌芽發展到初具規模。
1913 年,全世界的年發電量已達 500 億千瓦時。電力工業已作為一個獨立的工業部門，
進入人類的生產活動領域。
四、電力系統進入迅速發展的時期
1916年，美國建成第一條90km的132kV線路。
1920年時世界裝機為3000萬kW，其中美國佔2000萬kW。
1922年，在加州建成220kV線路。1923年投運。
1929年，美國製成第一臺20kW汽輪機組。
1932年，蘇聯建成第聶伯水電站，單機6.2萬kW。
1934年，美國建成432km的287kV線路。
二戰期間，德國試驗四分裂導線，解決了380kV線路電暈問題，並製成440kV汞弧整流器，建成從易伯(Elbe)至柏林的100km地下直流電纜，大大促進了超高壓交流輸電的發展，和直流輸電的振興。
戰後，美國於1955、1960、1963、1970和1973等年份分別製成並投運30萬kW，50萬kW，100萬kW，115萬kW和130萬kW汽輪發電機組。
二戰期間開發的核技術還為電力提供了新能源。1954年蘇聯製成功第一臺5000kw核電機組。1973年法國試製成功120萬kW核反應堆。
1954年，瑞典首先建立了380kV線路，採用2分裂導線，距離960km，將北極圈內的哈斯普朗蓋特(Harspranget)水電站電力送至瑞典南部。
1954年，蘇聯在奧布寧斯克建成第一座核電站。
第一座核電站
1964年，美國建成500kV交流輸電線路。蘇聯也於同年完成了500kV輸電系統。
1965年，加拿大建成765kV交流線路。
1965年，蘇聯建成±400kV的470km高壓直流輸電線路，送電75萬kW。 1970年，美國建成±400kV的1330km高壓直流輸電線路，送電144萬kW。
1989年，蘇聯建成一條世界上最高電壓1150kV、長1900k。
從20世紀開始，高電壓與絕緣技術加強了與其他學科的相互滲透和聯繫，在不斷吸取其他科技領域的新成果，促進了自身的更新和發展的同時，也使高電壓與絕緣技術方面的新進展、新方法更廣泛地應用到諸如大功率脈衝技術、激光等離子體、受控熱核反應、原子物理、生態與環境保護、生物醫學、高壓靜電工業應用等科技領域，顯示出強大的生命力。
2009年，世界首個特高壓直流輸電工程，±800kV雲南至廣東直流工程投運！
2015年，全球總髮電量23.1萬億千瓦時，2005-2015年年均增長2.9%。典型發達國家發電量71653億千瓦時，2005-2015年年均增長-0.1%，比全球年均增長低3.0個百分點。金磚國家發電量91418億千瓦時，2005-2015年年均增長6.6%，比全球年均增長低3.7個百分點。 “一帶一路”典型國家發電量8179億千瓦時，2005-2015年年均增長5.9%，比全球年均增長高3.0個百分點。
2005-2015年全球各類型國家發電量情況
根據《BP Statistical Review of World Energy June 2018》的報告，2017年電力產量僅比2016年增加2.8%。中國是世界上電力生產最多的而且是增幅最大的國家，發電量為6495.1 TWh，比2016年增加了6.2%，佔世界總量的25.4%;而美國經濟不景氣，2017年發電量為4281.8 TWh，比去年減低了1.3%，佔全球總量的16.8%
2013～2017年主要國家的電力生產量(單位：TWh)
總之， 目前世界各國都在關注未來電力工業的發展。隨著計算機、微電子、材料科學等新興學科的出現,高電壓與絕緣技術這門學科的內容也正日新月異地得到改造和更新。電壓等級也越來越高。尤其是中國的特高壓，引領了特高壓輸電的標準，中國將帶動其他國家，構建全球能源互聯網。
閱讀更多 電力系統那些事 的文章
